一种压力传感器冷却装置的制作方法

本实用新型涉及一种压力传感器冷却结构，尤其涉及一种适用于高温环境测试的压力传感器冷却装置。

背景技术：
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压力是表征被研究对象流体力学特性的重要状态参量，对于非稳态流动过程，工质的压力、温度等状态参量将随时间而变化，具有动态变化特征。目前，动态压力广泛应用于工业生产和科研领域中，例如内燃机、燃气轮机、汽轮机、火箭发动机中的压力基本都是动态的，枪炮的膛压及爆炸冲击波均是动态压力，各种工业控制设备和动力机械中的液压、气动装置的脉冲压力也是动态压力。因此需要进行动态压力的测量，以研究其流体力学特性。

由于动态压力的测量通常要求较快的响应时间，常见的动态压力传感器主要有压电式传感器和压阻式传感器。商业化使用的硅压力传感器主要是硅扩散型压阻式压力传感器，其工艺成熟且性能优异，但其受P-N结耐温限制，只能在120℃以下进行压力测量，超过120℃时，传感器的性能会严重恶化以至失效，在600℃时会发生塑性变形和电流泄漏，导致信号处理系统和电路的极度失调，远不能满足航空航天、发电、石油化工、汽车等领域高温环境下的压力测量需求。此外对于高温燃烧流体工质的测量，压力传感器存在热冲击问题，即在燃料燃烧期间，传递到压力传感器感受元件的热量急剧增加，从而发生热冲击，导致压力传感器变形失效。

传统高温环境流体工质动态压力测量主要通过较长的引压管实现，高温被测工质经引压管后热量逐渐散失，工质温度最终降到传感器稳定运行所允许的最大工作温度以下。这种测试方法比较适用于低频脉动流体工质的动态压力测量，但对于高频非稳态脉动流动工质，采用较长的引压管后，传感器所测量的压力信号与流体工质真实压力信号之间的幅频和相频特性将存在较大的差别，且测量误差的大小与引压管长度呈正比，引压管越长测量误差越大。

技术实现要素：
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本实用新型的目的是为了减小现有高温环境下非稳态流体工质动态压力测量的误差，提供了一种适用于高温环境测试的压力传感器冷却装置。本实用新型的技术方案为：

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案来实现：

一种压力传感器冷却装置，包括具有中空腔体的冷却热交换结构，该冷却热交换结构的中空腔体分为内外两个腔体，且外腔体被间隔为底部连通的两部分，冷却热交换结构的顶部设置有与一部分外腔体相连通的冷却水入口管，以及与另一部分外腔体相连通的冷却水出口管，内腔体的顶部设置有传感器安装座，底部设置有引压管，冷却热交换结构的周向上设置有穿过一部分外腔体并与内腔体相连通的温度传感器安装座，以及穿过另一部分外腔体并与内腔体相连通的氮气供给管。

本实用新型进一步的改进在于，氮气供给管的安装位置高于温度传感器安装座的安装位置。

本实用新型进一步的改进在于，氮气供给管上还设置有氮气截止阀，用于控制冷却氮气的供给。

本实用新型进一步的改进在于，冷却热交换结构的周向上还设置有冷却装置安装座。

本实用新型进一步的改进在于，冷却装置安装座采用法兰和螺纹安装两种形式。

本实用新型进一步的改进在于，引压管采用总压引压管和静压引压管两种，分别用来测量被测工质的总压和静压。

本实用新型进一步的改进在于，传感器安装座通过螺纹连接设置在内腔体的顶部，引压管通过螺纹连接设置在内腔体的底部。

本实用新型进一步的改进在于，冷却热交换结构包括同轴心布置的冷却腔外壁和冷却腔内壁，设置在冷却腔外壁顶部和冷却腔内壁顶部的冷却腔盖板，以及设置在冷却腔外壁底部和冷却腔内壁底部的冷却腔底板，其中，冷却腔内壁与冷却腔盖板和冷却腔底板之间形成内腔体，冷却腔外壁和冷却腔内壁与冷却腔盖板和冷却腔底板之间形成外腔体，该外腔体通过冷却腔隔板间隔为两部分，一部分为左半圆形冷却流路，另一部分为右半圆形冷却流路，左右半圆形冷却流路通过冷却腔隔板与冷却腔底板之间形成相连通的左冷却流路孔和右冷却流路孔。

本实用新型进一步的改进在于，冷却腔内壁圆形内表面上等角度均匀布置有若干长条形换热肋片。

本实用新型进一步的改进在于，内腔体为圆柱形腔体，外腔体为圆环形腔体。

本实用新型具有如下的有益效果：

本实用新型提出的一种压力传感器冷却装置，采用预充冷态氮气、水冷以及肋片换热的方法，可有效隔离高温被测工质与压力传感器相接触，同时加强了高温被测工质在测量流路中的热量散失，防止了压力传感器测量端面受到被测高温工质的热冲击作用，提高了传感器的热适应能力。

进一步，氮气供给管的安装位置高于温度传感器安装座，这主要由于被测工质是从冷却装置下端流向上端，当温度传感器感受到被测工质温度超限时，即刻打开氮气截止阀，冷却氮气充入传感器测量端，可有效阻止高温被测工质接触传感器测量元件。此外所设计的流体工质温度测点可监测压力传感器测量端流体工质的实时温度，方便用户掌握压力传感器的实时工作环境，并可为压力传感器损坏失效的原因分析提供有效试验数据。

进一步，氮气供给管及氮气截止阀，可在试验测试前预先引入略高于测试环境压力的冷态氮气，待测试开始时截断冷态氮气流路，测试管路中预先充满的冷态氮气即可有效阻止高温工质对传感器的直接热冲击作用，提高了压力传感器的热适应性。

进一步，引压管的螺纹连接方式方便引压管的拆卸与安装，可实现冷却装置总压或静压测量功用。

进一步，通过左右半圆形冷却流路对冷却腔内壁进行冷却，加快了高温被测工质传递给冷却腔内壁的热量散失；通过长条形换热肋片加强了高温被测工质与冷却腔内壁的换热效率。上述均提高了被测高温工质的冷却效率，加快被测工质热量的散失，缩短了被测工质引压流路的长度，提高了冷却装置的固有动态特性，减小了传感器所测量的压力信号与被测工质真实压力信号之间的幅频和相频差异，降低了高温环境下非稳态流体工质动态压力测量误差。

附图说明：

图1是本实用新型螺纹安装方式压力传感器冷却装置带总压引压管的等轴测图；

图2a是图1所示的压力传感器冷却装置的俯视图，图2b是图2a的A-A向剖视图；

图3a是图1所示的压力传感器冷却装置的正视图，图3b是图3a的A-A向剖视图，图3c是图3a的B-B向剖视图；

图4是本实用新型法兰安装方式压力传感器冷却装置带总压引压管的等轴测图；

图5是本实用新型压力传感器冷却装置带静压引压管的正视图。

图中：1、冷却水入口管；2、传感器安装座；3、冷却水出口管；4、温度传感器安装座；5、冷却装置安装座；6、冷却热交换结构；7、引压管；8、氮气供给管；9、氮气截止阀；10、冷却腔隔板；11、换热肋片；12、冷却腔外壁；13、冷却腔内壁；14、冷却腔底板；15、冷却腔盖板；16、左半圆形冷却流路；17、右半圆形冷却流路；18、左冷却流路孔；19、右冷却流路孔；20、被测工质流路。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步的详细说明。

请参阅图1至图5，本实用新型公开了一种压力传感器冷却装置，包括冷却水入口管1、传感器安装座2、冷却水出口管3、温度传感器安装座4、冷却装置安装座5、冷却热交换结构6、引压管7和氮气供给管8。

请参阅图2a至图3c，所述冷却热交换结构6，由冷却腔外壁12、冷却腔内壁13、换热肋片11、冷却腔隔板10、冷却腔底板14、冷却腔盖板15组成。圆形冷却腔外壁12和冷却腔内壁13呈同轴心布置，冷却腔外壁12、冷却腔内壁13、冷却腔底板14以及冷却腔盖板15之间形成的冷却环形空间被冷却腔隔板10平均分割成左半圆形冷却流路16和右半圆形冷却流路17，左右半圆形冷却流路通过冷却腔隔板10与冷却腔底板14之间形成的左冷却流路孔18和右冷却流路孔19相连通。长条形换热肋片11等角度均匀布置在冷却腔内壁13圆形内表面上，以提升冷却腔内壁13所形成的被测工质流路20内的高温介质的冷却效率。冷却腔内壁13靠近冷却腔底板14侧的内表面设计成内螺纹结构，以方便总压、静压等不同形式的引压管7的拆卸与安装。

所述冷却水入口管1通过冷却腔盖板15与左半圆形冷却流路16相连通，传感器安装座2的内孔设计为螺纹孔，孔径及轴心与冷却腔内壁13相同，其通过冷却腔盖板15与冷却腔内壁13内孔相连通。冷却水出口管3与冷却水入口管1呈中心对称布置，并通过冷却腔盖板15与右半圆形冷却流路17相连通。温度传感器安装座4的内孔设计有螺纹，以方便温度传感器的安装，其穿过冷却腔外壁12、左半圆形冷却流路16以及冷却腔内壁13与被测工质流路20相连通。为方便所述压力传感器冷却装置的安装，在冷却腔外壁12上设计有冷却装置安装座5，其有法兰和螺纹安装两种形式。引压管7通过冷却腔内壁13内壁面螺纹与被测工质流路20相连通，其设计有总压引压管和静压引压管两种，分别用来测量被测工质的总压和静压。氮气供给管8透过冷却腔外壁12、右半圆形冷却流路17以及冷却腔内壁13与被测工质流路20相连通，其布置位置高于温度传感器安装座4，氮气供给管8上设计有氮气截止阀9，用于控制冷却氮气的供给。

实施例：

本实施例中冷却热交换结构6长80mm，冷却腔外壁12与冷却腔内壁13呈同轴心布置，冷却腔外壁12外径25mm，内径21mm，壁厚2mm，冷却腔内壁13外径9mm，内径5mm，壁厚2mm，在冷却腔内壁13距冷却腔底板14端的内表面上设计有长15mm的M6×0.5标准内螺纹，冷却腔底板14和冷却腔盖板15壁厚2mm；冷却腔隔板10长70mm，厚2mm，与冷却腔外壁12及冷却腔内壁13相连，将冷却腔外壁12及冷却腔内壁13之间形成的环形空间均分成左半圆形冷却流路16和右半圆形冷却流路17；8条换热肋片11等角度均匀布置在冷却腔内壁13的内表面，换热肋片11厚0.5mm，宽1mm，长65mm；冷却水入口管1外径5mm，内径3mm，冷却水出口管3外径5mm，内径3mm，二者呈中心对称布置，且通过冷却腔盖板15分别与左半圆形冷却流路16和右半圆形冷却流路17相连通；传感器安装座2外径9mm，高12mm，中心设计为M5×0.5的通孔标准内螺纹，其与冷却腔内壁13呈同轴心布置，通过冷却腔盖板15与被测工质流路20相连通；氮气供给管8外径5mm，内径3mm，其轴心离冷却腔盖板15之间的距离为13mm，氮气供给管8依次穿过冷却腔外壁12和冷却腔内壁13与被测工质流路20相连通，氮气供给管8上同时设计有氮气截止阀9，以控制冷态氮气的供给；温度传感器安装座4外径10mm，内径6mm，安装段设计有长15mm的M6×1.0的标准内螺纹，其轴心离冷却腔盖板15之间的距离为20mm，温度传感器安装座4依次穿过冷却腔外壁12和冷却腔内壁13与被测工质流路20相连通；引压管7外径6mm，内径3mm，引压管7上端设计有长15mm的M6×0.5标准外螺纹，通过螺纹将引压管7和冷却热交换结构6相连接；冷却装置安装座5设计有长15mm的M30×1.5的标准外螺纹，冷却装置安装座5六角螺母的上端面离冷却腔盖板15之间的距离为35mm。

本实施例适用于高温环境测试的压力传感器冷却装置的具体工作方式如下：

适用于高温环境测试的压力传感器冷却装置工作时冷却水经冷却水入口管1进入左半圆形冷却流路16，然后通过冷却腔隔板10与冷却腔底板14之间形成的左冷却流路孔18及右冷却流路孔19进入右半圆形冷却流路17，最后经冷却水出口管流出。高温被测工质直接与冷却腔内壁13及换热肋片11相接触，高温被测工质的热量主要通过对流换热形式最终传递给冷却腔内壁13，换热肋片11因增加了换热面积而提高了被测工质热量的传递效率；传递给冷却腔内壁13的热量主要通过冷却水与冷却腔内壁13外壁面对流换热散失，剩余的一部分热量则通过冷却腔隔板10通过导热方式传递给冷却腔外壁12，再由冷却腔外壁12与外部冷却空气以及内部冷却水对流换热散失。

在压力传感器正式测量前，氮气截止阀9打开，压力略高于被测工质的冷态氮气经氮气供给管8流入被测工质流路20，充满后经引压管7排出，待压力传感器正式测量时氮气截止阀9关闭。在被测工质流路20内预先填充冷态氮气，使压力传感器与高温被测工质相隔开，避免了压力传感器直接与高温被测工质相接触，对传感器具有较好的保护作用。压力传感器开始测量时，充满被测工质流路内滞止的冷态氮气变成一种很好的压力脉动传递介质，且在冷却水的高效冷却下，将长时间维持在低温状态，有利于压力传感器高温环境下的长期测量，提高了压力传感器的热适应性。